Recently, as the wireless communication technologies grow fast, the need for wireless vehicular communication on the road has been increased as well. In particular, several wireless technologies, such as the IEEE 802.11p or the IEEE 802.16j standard, have been suggested to support vehicular communications. Nevertheless, both poor channel environment caused by the propagation loss, fading effect, or high speed of the vehicle and interference from other communication links can make the received signal power below a certain threshold value where the reliable transmission can be guaranteed. In addition, omni-directional transmission in conventional system uses its resources inefficiently. Meanwhile, adaptive beamforming technology has several advantages compared to the omni-directional transmission of conventional system, such as spatial diversity, interference migitation, and adaptibility, which is suitable for infrastructure-to-vehicle communication system. Moreover, multi-hop relaying can improve system performance by transmitting data through relays which have relatively good channel conditions.
In this thesis, we focus on the infrastructure-to-vehicle communication system which exploits the advantage of both multi-hop relaying and adaptive beamforming technology. In the system we consider, the received power can be increased at the vehicle due to directional gain of adaptive beamforming technology. Specifically, to maximize the sum end-to-end capacity of vehicles, we propose two relay selection and resource allocation schemes; optimization and heuristic schemes. Since the optimization scheme has too high computational complexity resulted from lots of possible combinations of relay assignment to find optimal relays in real time, we propose a heuristic scheme that efficiently finds appropriate relays and allocates resources for the selected relays with low computational complexity by considering the interference among vehicles. By using the heuristic scheme, the end-to-end capacity can be increased compared to the conventional sheme by opportunistically selecting relays that have relatively good channel conditions. We evaluate the effectiveness of our proposed heuristic scheme in terms of the sum end-to-end capacity of all destinations by simulation and the simulation results show that the proposed heuristic scheme can indeed increase the capacity compared to the conventional scheme.
무선 통신 기술이 빠르게 발전함에 따라 그 도움으로 최근 차량 통신에 대한 관심과 필요성이 증대되어 왔다. 그 결과, IEEE 802.11p 또는 IEEE 802.16j 표준과 같은 인프라와 차량 간 통신을 지원하기 위한 몇몇 무선 통신 기술이 제안되었다. 그럼에도 불구하고, 전파 손실이나 페이딩 효과, 또는 차량의 빠른 속도 등으로 인해 야기되는 열악한 채널 환경이나 다른 통신 링크로부터 발생되는 간섭에 의해 수신단에서 받는 신호의 세기가 신뢰성 있는 전송을 보장하는 특정 한계치 이하로 떨어질 수 있다. 한편, 멀티홉 릴레이 네트워크는 상대적으로 좋은 채널 조건을 가진 릴레이를 통해 데이터를 전송함으로써 시스템의 성능을 개선할 수 있다. 또한, 적응 빔포밍 기술은 전송 신호의 파워를 원하는 방향으로 집중시킴으로써 다른 통신 링크에 미치는 간섭을 줄일 수 있다.
본 논문은 멀티홉 릴레이 네트워크와 적응 빔포밍 기술의 장점을 모두 이용하는 인프라와 차량 간 통신을 고려한다. 적응 빔포밍 기술을 인프라 차량 간 통신에 적용함으로써 공간 자원의 이용을 극대화 할 수 있고, 특정한 방향으로 데이터를 전솜함으로써 방향 이득에 의해 수신 신호의 세기가 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 멀티홉 릴레이는 채널 상황이 더 좋은 릴레이 차량을 이용하여 데이터를 전송하기 때문에 채널 용량을 개선할 수 있다.
특히, 채널 용량을 최대화하기 위해 최적화 방안과 heuristic 방안의 두 가지 릴레이 선택 및 자원 할당 방안을 제안한다. 최적화 방안은 최적의 릴레이를 찾기 위해서 가능한 모든 릴레이 선택 조합과 그에 따른 자원 할당을 고려해야 하기 때문에 계산의 복잡도가 매우 높다. 그에 반해 heuristic 방안은 낮은 복잡도로 차량들 간의 간섭을 고려하여 적절한 릴레이를 찾고 선택된 릴레이의 자원을 할당한다. 또한, heuristic 방안은 상대적으로 좋은 채널 조건을 가져서 채널 용량을 개선할 수 있는 릴레이가 있을 경우에만 그 릴레이를 통해 멀티홉으로 전송함으로써 omni 안테나를 사용하는 기존 방안이나 적응적 빔포밍을 사용하여 단일홉으로만 전송하는 기존 방안에 비해 채널 용량을 증가시킬 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안의 효율성을 검증하였고 차량이 인프라로부터 멀리 위치할수록 기존 방안 대비 제안 방안의 성능 이득이 증가함을 확인하였다.
